不同热水处理方式对14种硬实种子萌发的影响

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(1.四川大学生命科学学院，生物资源与生态环境教育部重点实验室，成都 610065；2.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，成都 610065；3.四川沃尔宜环保科技有限公司，成都 610000)

许多植物种种皮既不透水，也不能吸胀发芽，这种保持种子原有大小状态的种子被称为硬实，是植物的一种休眠形式，是植物种经过长期自然选择，适应环境并维持种的延续和传播的一种积极应对策略[1]。豆科、百合科、漆树科等植物种子种皮硬实或种皮蜡质化现象普遍，抑制了种子的正常萌发，如苦豆子、山毛豆、田菁、盐肤木等。在生产实践及科研中往往需要破除植物种子的休眠机制，掌握种子休眠萌发规律和延长种子寿命[2-3]。有研究证实，苦豆子和苦马豆种子硬实率高达92%，盐肤木种子硬实率高达90.2%，未经任何处理的甘草种子发芽率不足20%，成熟后的山毛豆自然条件下的萌发率只有22.5%[4-8]。目前，针对种子硬实的破除问题，国内外已开展了大量研究，破除种子休眠的方法主要包括物理法、化学法、生物法和综合法[9-12]。其中，酸处理、热水浸种、低温液氮处理已被证实可有效破除种子休眠，提高硬实种子的萌发率。不同植物种子休眠机制具有特殊性，因此，在实践操作中应根据种子的不同采取相对应的处理方法，如改变处理液浓度、温度、时长等。当前，热水浸种法是最实用，应用最广泛的一种打破种子机械休眠的方法，与酸处理等化学浸种法相比，热水浸种更经济环保，特别是针对种皮、角质层较厚，透水、透气性差的硬实种子[13]。通过热水烫种可以有效软化种皮，破坏种子表皮坚硬的栅栏组织、致密结构，从而增强种皮透水、透气性，打破硬实，而且热水烫种成本较低，污染小，浸种废液无需经过处理。在应用过程中，不同的植物种要根据其硬实程度、种皮厚度，有针对性的选择浸种温度、浸种时间。

基于上述内容，本研究以9种豆科，2种漆树科，1种无患子科，1种禾本科，1种麻黄科植物种子为研究材料，了解种子硬实、蜡质等对这14种植物种子萌发的影响，分析不同温度、不同时长的热水浸种对不同植物种子休眠破除的影响，探讨不同目标植物种子硬实破除的最优处理方法，打破重要目标植物种子的机械休眠，提高种子萌发率，为后期浸种调控试验提供基本资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验主要是针对种皮坚硬、存在机械休眠的种子，选择了14种具有高硬实度的种子进行试验，供试的所有种子均购买于2015年10月至2017年3月，详细信息见表1。

表1 供试种子详细信息

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理

首先用电子天平称取一定量的种子，将种子用0.3%的高锰酸钾溶液消毒20 min，然后用清水冲洗干净，并用吸水纸吸干表面水分备用。每个植物种设置2个温度梯度：60，70 ℃；每个温度梯度再设置3个时间梯度：10，20，30 min；每个植物种处理设2组重复，所需试件总数为196个，具体的浸种温度、时间设置处理见表2。选取50 mL的烧杯，按照梯度设计分别贴上标签，每个烧杯随机放入经过消毒的种子100粒，然后将一定温度(60，70 ℃)的热水加入烧杯中，加水至50 mL刻度线，分别放入恒温水浴锅(60，70 ℃)中恒温浸种，记录浸种开始时间。根据不同浸种时间设置，分别在不同时间将种子从烧杯中取出，然后利用吸水纸将种子表面水分吸干，然后在通风干燥处将种子晾干，并用变色硅胶干燥剂进行干燥处理，使其干燥至原始含水量备用。

1.2.2试验设计

测定样品为经过热水烫种后干燥并经过筛选的纯净种子，按照随机原则提取，试验设计如表2，不同植物种均随机选择100粒，设2组重复。将分取好的种子分别放置到发芽床上，每粒种子间留下种子直径2～5倍以上的间距，以防止发生霉变的种子互相感染，每粒种子应该良好的接触水面，使种子发芽条件保持一致。在萌发盘上贴上标签，注明日期、样品编号、品种、处理方法等。将贴好标签的发芽床置于白天温度25 ℃(12 h，时间为07：00—19：00)，夜间温度20 ℃(12 h，时间为19：00—07：00)，光照5 000 lx，相对湿度为60%～70%的人工气候箱内进行萌发试验。试验用水为去离子水，发芽床始终保持湿润状态，加水时采用滴管沿着发芽盘内壁多次加入，并每天观测水分情况，表面砂子呈干状立即加水，以湿润但不形成水膜为宜，各重复间的供水量保持一致。经常检查测定样品及其水分、通气、温度、光照条件。轻微发霉的种粒可以拣出用清水冲洗后放回原发芽床。发霉种粒较多的(超过5%)要及时更换发芽床或发芽容器。

1.2.3 观测与记录

种子发芽试验测定的持续时间自置床之日起，记录30 d内的发芽数，如果规定时间内发芽的种粒不多，可以适当延长测定时间，但最多不超过规定时间的1/2。如果在规定的时间结束之前样品已经充分发芽，且后期连续3 d每天发芽粒数不超过重复供试种子粒数1%，则该次测定可以提前结束。以芽长超过种子长度约1/2，根长达种子长度1/2为发芽标准，满足二者其一即可视为发芽。每2 d观测记录1次发芽状况，记录正常发芽粒数与异状发芽粒数，用镊子将幼苗去除，并进行观测数据记录。

表2 种子浸种处理的设置

1.3 数据处理

利用Excel 2007软件和SPSS 13.0软件对数据进行处理，并计算发芽率、发芽势、发芽指数，公式如下：

发芽率(%)=∑n/N×100%；

发芽势(%)=n/N×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt。

式中，N为供试种子数，D为从萌发开始的时间，n为在时间D的萌发数。Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数，Dt为发芽时间[14]。

2 结果与分析

2.1 不同热水处理方式对种子萌发率的影响

表3列出了不同热水处理方式下14种植物种子的萌发率情况。研究结果表明，对照处理下，百喜草、苦豆子、山毛豆、田菁、草麻黄、马棘、金合欢、银合欢、黄槐决明、盐肤木、车桑子、台湾相思、任豆、火炬树的萌发率都较低，均不超过42%，尤其是漆树科的盐肤木和火炬树种子基本不萌发。在进行热水浸种处理后，苦豆子、山毛豆、金合欢、银合欢、盐肤木、车桑子、台湾相思、任豆和火炬树种子的萌发率由处理前的38%、42%、17%、27.5%、0、8%、18%、12.5%和2%，显著提高到78%、71%、75%、92.5%、45%、65%、66%、100%和48%。百喜草种子经60 ℃热水处理20 min，70 ℃热水处理10 min，其发芽率可达45%，但与对照相比无较大差异，当热水处理时间为30 min时，种子萌发率低至18%。热水浸种不能打破田菁、马棘、黄槐决明种子休眠，反而随着浸种温度的升高、时间的延长，其萌发率分别由38%、30%、16%降低为10%、7%、13%。苦豆子、银合欢、盐肤木、火炬树在70 ℃条件下种子的萌发率显著高于60 ℃，但是盐肤木、火炬树种子的最高发芽率仍然只有约45%、48%，硬实率仍然较高。

表4 不同温度热水处理对种子发芽的影响

表3 不同温度热水处理下种子萌发率记录

2.2 不同热水处理方式对种子发芽势及发芽指数的影响

表4列出了不同热水处理方式下14种植物种子的发芽势和发芽指数，与发芽率相比，发芽势和发芽指数能够更加灵敏的表示种子活力。由表4可知，苦豆子、金合欢、银合欢、盐肤木、车桑子、台湾相思、火炬树7种植物种子的发芽势随浸种温度的升高、时间的延长不断增大，分别由对照处理的38%、14%、25%、0%、2%、14%、1%提高到75%、70%、88%、42%、40%、52%、35%，银合欢60 ℃与70 ℃浸种发芽势差异显著，60 ℃浸种20 min的发芽势为38%，70 ℃浸种20 min的发芽势显著提高到88%(p<0.05)，是对照种子发芽势的3.5倍。百喜草种子60 ℃和70 ℃所有处理下的发芽势均低于对照处理的27%，黄槐决明种子热水浸种与对照处理差异不大，任豆种子60 ℃浸种10 min的发芽势为90%，70 ℃浸种20 min发芽势高(达100%)。田菁、草麻黄、马棘种子60 ℃浸种时，随着浸种时间的不断延长，发芽势均有所增加，但70℃浸种时，发芽势急剧下降，分别由对照的34%、20%、27%下降为4%、5%、6%。

种子的发芽指数是表征种子活力的一个重要指标，发芽指数越高，证明种子活力越强[15]。苦豆子、山毛豆、金合欢、银合欢、盐肤木、车桑子、台湾相思、任豆、火炬树9种植物种子随着浸种温度的升高、时间的延长，发芽指数明显高于对照，分别由对照的12.96、11.44、3.90、3.00、0、1.10、1.95、1.17、0.27增加到28.08、27.29、19.17、10.59、8.82、9.84、7.33、11.85、8.60，其中车桑子、任豆、火炬树与对照相比，发芽指数分别增加了7.9倍、9.1倍、39.9倍，差异显著(p<0.05)。60 ℃浸种时，百喜草、田菁、马棘、黄槐决明种子发芽指数略微高于对照处理，但70 ℃浸种30 min时，百喜草、田菁、马棘种子的发芽指数分别由对照的5.38、10.80、6.48下降为2.47、1.39、1.74。草麻黄60 ℃浸种时，发芽指数随浸种时间的延长显著增大，由对照的4.03显著增大到13.11，比对照提高了2.25倍，但70 ℃浸种时，随着时间的延长发芽指数逐渐下降为1.26，仅为对照发芽指数的1/3。

表5 不同温度热水处理下腐烂种子情况记录(%)

2.3 不同热水处理方式对种子腐烂率的影响

表5列出了试验期间不同处理下腐烂种子的详细情况，百喜草、苦豆子、草麻黄、银合欢、盐肤木、任豆、火炬树种子在所有处理下腐烂率均低于5%，其中百喜草未出现腐烂种子。田菁和黄槐决明种子所有处理下均腐烂严重，对照处理种子腐烂率分别为22%和34%，70 ℃浸种后腐烂率分别高达40%和44%。山毛豆、马棘、金合欢、车桑子、台湾相思种子对照处理腐烂率均低于6%，热水浸种处理后腐烂率显著增大，70 ℃浸种30 min后，马棘种子腐烂率由对照处理的5%显著提高到68%(p<0.05)，马棘种子随着浸种温度的升高、时间的延长，腐烂率不断上升；60 ℃浸种10 min后，车桑子、台湾相思种子腐烂率由对照处理的0%、3%分别提高到10%、12%。

3 讨 论

热水浸种操作简单、经济环保、效果显著，在大量育种中有显著的优势[16]。试验结果表明，热水浸种是打破种子硬实休眠，促进种子萌发的有效方法，但是部分植物种，如百喜草、田菁、马棘、黄槐决明的浸种效果不明显，甚至萌发率随着浸种温度升高、时间延长，显著下降，虽然打破了种子的种皮限制，但是对种胚损伤严重，导致种子萌发率下降，腐烂种子数增多。胡小文等[17]在对豆科种子休眠破除方法的研究中指出，印度田菁种子在80 ℃的热水中浸泡3 min发芽效果最好，发芽率高达85%。与本试验研究结果存在较大的差异，分析造成这种差异的原因可能是供试种子并非同一批次采购，贮存时间、地点与方式均不相同，种子本身硬实度也存在差异，以上综合性影响因素均可能造成田菁种子对热水浸种不同反应机理；也有可能是本批次采购的种子存在质量问题造成浸种后大批量腐烂种子的出现。60，70 ℃热水浸种在一定程度上打破了漆树科盐肤木、火炬树种子的休眠机制，但整体发芽率未超过48%，可以考虑进一步提高浸种温度或者时间，若热水浸种仍无法提高其萌发率，需考虑采用其他的化学、生物等方法。因此，种子在大批量处理前，均应按照当前条件，重新探寻适宜的处理方法，以免造成不必要的损失。

热水浸种对苦豆子、山毛豆、金合欢、银合欢、车桑子、台湾相思、任豆7种植物种子的调控效果最为显著。苦豆子、金合欢、银合欢、台湾相思和任豆经70 ℃热水浸种30 min后发芽势和发芽指数均达到试验期间的较大值，萌发率可达到78%、75%、90%、66%和100%，分别为对照萌发率的2.1倍、4.4倍、3.3倍、3.7倍和8倍。因此热水烫种是打破苦豆子、金合欢、银合欢、台湾相思和任豆5种植物种子硬实的有效方法，对其萌发具有很好的促进作用。陈海魁等[18]也在其研究中指出，破除合欢种子硬实的最优方法是70 ℃热水浸种，与本试验研究结果一致。本试验60 ℃浸种条件下，随着烫种时间延长，山毛豆种子萌发率逐渐升高，在60 ℃、30 min条件下，种子萌发率达到71%，为对照的1.7倍。而70 ℃条件下的种子腐烂率升高、萌发率低至45%，几乎与对照的42%无差异，原因可能是，水温高于种子的最大承受能力，对种胚破坏严重，使种子内部活性蛋白和酶类失活，种子萌发能力下降。车桑子种子在70 ℃、10 min浸种条件下，种子发芽势、发芽指数、发芽率均为所有试验处理的最大值，萌发率最高为65%，为对照的8倍。因此，为了达到较好的调控效果，需要严格控制烫种温度与时间。

4 结 论

通过对14种存在机械休眠的植物种子进行热水浸种处理，得出以下结论：针对存在坚硬外壳、坚硬种皮的硬实种子，热水浸种是一个有效方法，但是不同植物种由于种皮厚度不同，硬实程度不同，最优的处理方法也不相同，因此，需要根据不同的植物种的特点，确定最优的方法，以防温度过低无法破除硬实或者温度过高损伤种胚，导致萌发率下降。